48

靶向代谢组学

糖类（carbohydrate）是多羟基醛、多羟基酮以及能水解

而生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物，可分为单糖、

二糖和多糖等。糖类在生命活动过程中起着重要的作用，

是一切生命体维持生命活动所需的能量的主要来源，同时

也于多种疾病相关，在能量代谢通路中是十分关键的物质，

包括糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、多糖合成和糖

醛酸途径等。

靶向糖类物质检测

中心碳相关物质是生物体内能量代谢相关的代谢物，

主要是指 TCA 循环、糖酵解、磷酸戊糖途径等为生物

体提供能量的代谢途径中产生的代谢物。这些代谢物

不仅参与到生物体正常生长、发育、代谢的各个方面，

近年来由疾病引发的代谢异常亦是研究的重点，特别

是癌细胞代谢的重编程。

靶向中心碳相关物质检测

应用方向

1. 人 & 动物：能量代谢、癌症相关

2. 植物：非生物胁迫、果实营养品质相关

Navdeep S. Chandel. Carbohydrate Metabolism[J]. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2022, 13(1):a040568.

应用方向

1. 能量代谢相关 2. 癌症代谢重编程 3. 动植物生长发育相关

Natalya N. Pavlova and Craig B. Thompson. The Emerging Hallmarks of Cancer Metabolism[J]. Cell Metabolism, 2016,

23(1):27-47.

49

靶向代谢组学

氧化脂质（Eicosanoid）是由二十个碳的多不饱和脂肪酸（PUFA）

氧化衍生而来的脂类中的一个家族，它是重要的脂质信号分子，

调节众多生理过程，与炎症、心血管疾病、癌症及内分泌疾病等

息息相关，是生物学和医学密不可分的诊断指标。

靶向氧化脂质检测

应用方向

1. 脂质信号分子 2. 炎症反应、血管再生、妊娠反应相关 3. 心血管疾病、神经退行性疾病、高血压、肿瘤形成相关

C D Funk. Prostaglandins and Leukotrienes: Advances in Eicosanoid Biology[J]. Science, 2001, 294(5548):1871-1875.

花青素（Anthocyan）是自然界中一类广泛存在于植物中

的水溶性天然色素，属于类黄酮化合物，是水果、蔬菜和

花卉中的主要呈色物质，植物中常见的花青素有天竺葵色

素、矢车菊色素、飞燕草色素、锦葵色素等，自然状态下

花青素都以糖苷形式存在，常与葡萄糖、半乳糖、鼠李糖

等以糖苷键结合成为花色苷，很少有游离的花青素存在。

靶向花青素检测

Erich Grotewold. The genetics and biochemistry of floral pigments[J]. Annual Review of Plant Biology, 2006, 57:761-

80.

应用方向

1. 植物表型特征研究 2. 生物胁迫 & 非生物胁迫

50

靶向代谢组学

类黄酮（Flavonoids）是一类在绝大多数植物体内

都存在的次生代谢产物，是植物中的呈色物质。是

以 2- 苯基色原酮为骨架衍生的一类化合物的总称，

由苯丙氨酸代谢产生的多酚类物质。在植物中，类

黄酮主要以母核的糖苷衍生物的形式存在。作为植

物次生代谢产物，类黄酮不仅可以调控植物的生长

发育和生理过程，在植物的胁迫研究、表型研究等

领域都是热门物质；同时作为一些中药的重要活性

成分有极高的药用价值，其抗氧化性和抗衰老能力

使其在疾病等方向也有研究。

靶向类黄酮检测

应用方向

1. 疾病生物标志物 2. 疾病发病机制研究

应用方向

1. 代谢特征研究 2. 生物胁迫 & 非生物胁迫 3. 中药药用研究

Jennifer Kurz, Michael J. Parnham, Gerd Geisslinger et al. Ceramides as Novel Disease Biomarkers[J]. Trends in

Molecular Medicine, 2019, 25(1):20-32.

Loïc Lepiniec, Isabelle Debeaujon, Jean-Marc Routaboul, et al. Genetics and biochemistry of seed flavonoids[J].

Annual Review of Plant Biology, 2006, 57:405-30.

神经酰胺（Ceramide）在生物体内对维持细胞稳态及在细胞的生长、增殖、分化、凋亡和损伤过程中发挥着重要的作用，

并且作为公认的第二信使，与包括心血管疾病、抑郁症、代谢性疾病和癌症等多种疾病发病机制相关，作为生物标志物在

疾病的检测和预后方面意义重大。

靶向神经酰胺检测

51

靶向代谢组学

PCA 图

表示样本间的总体代谢差异以及组内

样本间的变异度大小

PLS-DA 图

忽略组内误差、消除与研究目的无关的随机误差，

发现组间差异及差异化合物

火山图

表示不同分组间差异代谢物的分布情况，

红色表示上调，绿色表示下调

Z-score 图

不同组间相对含量的高低

相关性分析图

代谢物两两之间变化趋势的一致性，

红色表示正相关，蓝色表示负相关

层次聚类分析图

代谢模式相同或相近的代谢物聚成一类，

用来推测代谢物的生物学功能

代谢组学典型信息分析结果展示

52

靶向代谢组学

代谢通路富集结果

超几何检验算法分析两组差异代谢物富集的

相关代谢通路

差异代谢物火柴杆图

表示代谢物的上下调以及差异倍数变化较大的物质

差异代谢物和弦图

展示差异代谢物的相关性，反映样本中差异代谢物

之间的相关性和关联程度

ROC 曲线图

曲线下面积（AUC） 来评估代谢物检测的

灵敏度和特异性

差异代谢物箱线图

表示差异代谢物在不同的实验组中的变化和差异情况

KEGG 调控网络图

表示特定研究条件下代谢通路之间的交集以及靶

向潜在的酶和代谢物

53

代谢组学送样要求

代谢组学生物学重复推荐

样本类型 生物学重复

细胞、微生物、植物 ≥ 6 个

动物 ≥ 10 个

临床样本 ≥ 30 个

样本类型 非靶向代谢 非靶顶空

GC-MS 脂质组 类靶向代谢 代谢流 靶向代谢

动物组织 200 mg 5 g 200 mg 200 mg 50 mg 200 mg

植物组织 200 mg 5 g 200 mg 200mg 25 mg ＞ 200 mg

血清 / 血浆 200 μL - 200 μL 200 μL 50 μL 200 μL

尿液 200 μL 2 mL 200μL 200 μL - 200 μL

唾液 200 μL 10 mL 200 μL 200 μL - 200 μL

脑脊液、羊水、胆汁、

眼泪等体液 200 μL 10mL 200 μL 200 μL - 200 μL

细胞 ≥ 107 5*107 ≥ 107 ≥ 107 ≥ 5*106 ≥ 107

培养基上清 >5 mL 10 mL >5 mL >5 mL 50 μL >5 mL

发酵液 2 mL 10 mL 2 mL 2 mL 50 μL 2 mL

微生物菌体 100 μL 5*107 100 μL 100 μL ≥ 5*106 100 μL

微生物菌液 2 mL 10 mL 2 mL 2 mL - 2 mL

微生物培养基 200 mg 200 mg 200 mg 200 mg 50 μL 200 mg

粪便 / 肠道内容物 200 mg 2 g 200 mg 200 mg - 200 mg

土壤样本 2 g 2 g 2 g 2 g - 2 g

拭子 2 根 - 2 根 2 根 - -

备注 细胞保证数目一致，菌体为菌体沉淀

代谢组学送样要求

54

免疫定量

免疫定量 Immunoquantitation

免疫系统 (Immune System) 是机体执行免疫应答及免疫

功能的重要系统，由免疫器官、免疫细胞和细胞因子组成。

免疫系统具有识别和排除抗原性异物、与机体其他系统

相互协调、共同维持机体内环境稳定和生理平衡的功能，

是动物机体健康的守卫屏障。在免疫反应中发挥重要作

用的介质即为免疫细胞以及细胞因子，对于这些介质的

定量及分析是评判机体免疫状态的重要标准。基于单细

胞水平的质谱流式技术以及多因子检测技术是实现这一

目的的手段。

55

多因子检测技术

Luminex 技术

Luminex 公司成立于 1995 年，总部位于德克萨斯州奥斯汀；

Luminex 公司发明了基于微球的多重指标检测技术 -xMAP 技术；

1997 年，Clinical Chemistry 杂志介绍 Luminex 技术，誉之为“真正的临床应用型生物芯片”；

2001 年，Luminex 技术获美国 FDA 认证，成为首个，也是唯一得到美国 FDA 许可的用于临床诊断的多指标检测技术；

2005 年 6 月，基于 Luminex 技术的文章发表在《Nature》杂志上，标志着该技术在科学研究领域得到的最高荣誉。

Luminex 的检测平台有 Luminex® 200TM，MAGPIX® 和 FLEXMAP 3D® 等。

Olink 蛋白质组学

Olink 蛋白质组学是基于 PEA（Proximity Extension Assay，邻位延伸技术），靶向检测血液（或其他体液）中特定种类

蛋白质的技术，其最大的优势在于灵敏度达到 fg 级别，在血液中常被高丰度掩盖的低丰度蛋白质，比如细胞因子，可通过

该技术检测到。目前，Olink 针对不同研究需求，可提供心血管、肿瘤、肿瘤免疫、免疫反应、炎症、神经、代谢、器官

损伤等多个方向的 96~3072 panel 系列检测。于 2013 年的时候在人类蛋白组计划官网上被评选为三大蛋白质检测技术之一，

入选“登月计划”肿瘤免疫生物标志物临床试验技术指南方法学第一梯队。

蛋白质芯片技术

蛋白质芯片技术包括抗体芯片、蛋白芯片两大类：

抗体芯片是蛋白质芯片中的主要类型，是将抗体点在载体上，使得科研工作者可以单人单次检测上千种不同蛋白质功能或

者表达水平，全面应用于生物标志物、免疫、肿瘤和药物开发服务等领域。Nature、Cell 等国际顶级期刊上的数千篇文献

使用了抗体芯片。

蛋白芯片与抗体芯片不同的是，蛋白芯片并非使用抗体，而是将蛋白多肽固定在载体上，因而可以用于待测蛋白与候选分

子之间的相互作用情况。蛋白芯片主要是用于蛋白—蛋白相互作用、蛋白—核酸相互作用、蛋白—小分子相互作用、抗体

特异性检测和自身抗体的检测。

细胞因子检测最常见的技术就是 ELISA 技术，同时也是绝对定量的金标准，但是 ELISA 技术本身存在弊端 : 实验整体耗时长 ;

单个试剂盒仅能检测一个指标；检测多个指标需要多个试剂盒，同时所耗费样本体积也相应的成倍增加；纯手工操作会导

致不同批次间存在较大误差，而多因子检测技术可解决以上问题。这些技术同样基于双抗夹心的原理，利用预包被的抗体

对抗原进行捕获，随后进行显色发光，可以实现少量样本的多重因子检测，其中应用最广泛的是高性价比的 Luminex 技术

和蛋白芯片 Array 技术。

多因子检测技术

56

Luminex检测

检测平台

Luminex 检测

Luminex 200

产品介绍

技术原理

xMAP 技术

Luminex 多重检测实现策略

x = The Unknown (what you are looking for)

M = Multi (many)

A = Analyte (test substance)

P = Profiling (analysis of)

57

Luminex检测

Luminex 检测原理

多重检测的实现是基于微球的“颜色”：

两种染料组合，每种染料有 10 种浓度；

共有 100 种独特荧光的微珠；

每一种颜色的微珠都有独特的光谱信号。

Luminex 技术路线

635 nm 荧光对 bead 编号进行定性：确定该复合物代表何种分析物；

525 nm 荧光对浓度进行定量：确定该分析物的浓度。

技术路线

58

Luminex检测

应用范围

疾病的早期发现

恶性肿瘤研究：肿瘤转移、特异性肿瘤检测、肿瘤生物标志物的筛选

自身免疫疾病：败血症、多发硬化症、类风湿性关节炎等

神经退行性疾病：阿尔兹海默症等

内分泌疾病

心血管疾病

感染性疾病

疾病进程的预测

肿瘤与细胞坏死

自身免疫疾病

代谢功能紊乱

心血管疾病

血管生成

免疫功能

糖尿病

机制通路研究

CD8+T 细胞功能研究

CD4+T 细胞功能研究

细胞因子协同效应

细胞内代谢研究

细胞凋亡通路

信号通路

药效筛选

激素：雌二醇、孕酮、睾酮、皮质素、甲状腺素

心血管蛋白标志物

脂肪代谢因子

肿瘤标志物

细胞因子

代谢因子

神经多肽

内分泌

药物毒性预测

肝毒性

肾毒性

59

Luminex检测

技术特点

节省样本量：最少可使用 25 μL 样本检测 100 种指标；

灵敏度高且动态范围宽：0.5 pg/mL，3.5 logs；

可定制：数百种分析物可选；

CV 小，重复性好：≤ 10%。

分析结果

待测蛋白的绝对定量浓度、差异蛋白的箱线图、柱状图、散点图、ROC、相关性图等统计图表

差异蛋⽩箱线图 散点图 柱状图

60

Olink产品

Olink 蛋白质组学基于临近延伸分析技术，仅需 1~6 μL 即可无偏靶向检测样本 48~3072 种蛋白质，灵敏度达 fg 级别，针

对不同研究需求，可检测心血管、肿瘤、免疫、炎症、神经、代谢、器官损伤等方面特定种类蛋白，广泛适用于血清、血浆、

脑脊液、细胞裂解液等兼容组织在内的各类样本，尤其擅长血液中低丰度蛋白质的检测，为血液蛋白质标志物的发展提供

了新的检测方向。

技术原理

Olink 蛋白质组学应用 Proximity Extension Assay （PEA）技术，在蛋白的两个临近表位连接带有 DNA 单链的抗体，在

溶液中这两个抗体只有与特异性目标蛋白结合才能互补配对，形成一个双链 DNA 分子模板，这对于特异性抗原来说是唯一

的，且在数量上与靶蛋白初试浓度成正比，之后进行延伸和 PCR 扩增，然后通过微流控的 qPCR 或 NGS 进行定量检测。

产品类型

Olink 产品概述

qPCR

Target 96

NGS

Explore384/1536/3072

61

Olink产品

一、板间 CV 值

二、蛋白检出率＞ 75% 的数目和总样本数据的对比

数据质控

产品应用

分析结果

Panel name

Olink NEUROLOGY

No.of detected

proteins/Tot no.of proteins Detected proteins(%) Expected detectability in

EDTA plasma*(%)

85/92 92 >90

差异蛋白互作网络图

GO 富集图

STEM 基因表达趋势分析图

ROC 曲线

Panel name

NEUROLOGY

<5% 5-10% 10-15% >15% N/A

66 22 30 1

62

蛋白质芯片检测

产品介绍

蛋白芯片检测

芯片示意图

蛋白质芯片是一种高通量的蛋白质免疫检测分析技术。依用途的不同可分为抗体芯片和蛋白芯片；依载体的不同可分为模

型和玻片芯片；依性能的不同可分为半定量芯片和定量芯片等。

抗体芯片是蛋白质芯片中的主要类型，将多种不同的捕获抗体固定在固相载体上，每种抗体孤立成点，呈方阵排列，彼此

之间不相互影响。实验时使用封闭液封闭空余位点，然后将生物样品和芯片一起孵育，样品中特异性的抗原与捕获抗体偶联，

偶联到捕获抗体上的抗原再与生物素标记的检测抗体一起孵育，最后通过显色检测，得到芯片结果图片，通过软件提取图

片荧光值或灰度值，得到芯片数据，根据数据来比较目标因子信号差异和定量检测目标因子含量。

原理

蛋白质芯片目前采用的检测方法主要有双抗体夹心法检测和样品标记法检测。

夹心法芯片是将捕获抗体预先固定在固相载体上，生物样品加入到芯片上一起孵育反应后， 其特异性的抗原与捕获抗体结

合，然后加入生物素标记的检测抗体一起孵育，最后通过 HRP-SA 与化学发光底物、或者荧光染色剂 -SA 结合作为信号检测，

具有特异性好、灵敏度高、重复性和稳定性好的优点。

标记法芯片使用生物素标记的样品直接进行显色检测。简单的说，将捕获抗体预先固定在固相载体上，实验时首先将待测

样品进行生物素标记，然后将标记后的样品加入到芯片上进行孵育，然后加入 HRP-SA 或荧光染色剂 -SA 结合作为信号检测。

这种模式可以检测那些没有合适的抗体对来建立双抗体夹心法检测的分析物，且因为不存在抗体间相互作用，所以单次检

测的因子数量很大。目前已开发的标记法芯片可以一次性筛选 2,000 个因子，非常适合于大批量的筛选试验。

63

蛋白质芯片检测

夹心法芯片（左）与标记法芯片（右）检测原理

玻片芯片（右下）与膜芯片（右上）显色方式

定量芯片（左）与半定量芯片（右）扫片结果呈现形式

蛋白芯片分类

根据原理：夹心法芯片、标记法芯片

根据载体：玻片芯片、膜芯片

根据性能：定量芯片和半定量芯片

64

蛋白质芯片检测

根据载体上捕获剂：抗体芯片、蛋白芯片

根据种属：人抗体芯片、小鼠抗体芯片、大鼠抗体芯片、猪抗体芯片、猴抗体芯片等

成品芯片种类

应用范围

技术特点

细胞因子抗体芯片 趋化因子抗体芯片 生长因子抗体芯片 过敏原蛋白芯片

基质金属蛋白酶抗体芯片 干眼病抗体芯片 粘附因子抗体芯片 T 细胞应答抗体芯片

肥胖因子抗体芯片 牙周病抗体芯片 神经因子抗体芯片 MAPK 信号通路芯片

急性肾损伤抗体芯片 炎症因子抗体芯片 干细胞抗体芯片 EGFR 信号通信号通路

血管生成抗体芯片 热休克蛋白抗体芯片 多糖芯片 肺癌自身抗体蛋白芯片

动脉粥样硬化抗体芯片 白介素 Th 类抗体芯片 糖基化芯片 酪氨酸激酶磷酸化芯片

Ig 分型抗体芯片 白介素 1 家族抗芯片 免疫节点分子抗体芯片 AKT 信号通路芯片

骨代谢抗体芯片 可溶性受体抗体芯片 胰岛素样生长因子抗体芯片 凋亡信号通路芯片

凋亡因子抗体芯片 脓毒症抗体芯片 胃癌标记物抗体芯片 凝集素芯片

样品处理简单 可以直接用粗生物样品（血清、血浆、尿、体液等）进行分析，只需经过离心处理即可。

样品用量少 可以低至 10 μL~100 μL 样品检测。

高通量 单样品单次试验可以检测多种因子（高达成百上千种），同时快速发现多个生物标记物，且几天

内可以完成上千个样品的检测。

特异性高、灵敏度高 抗体芯片特异性高，可鉴定未知抗原 / 蛋白质，以减少测定蛋白质序列的工作量，且蛋白芯片的

高灵敏度可以发现低丰度蛋白质及生物标志物。

集成性 在同一系统中，集发现和检测为一体。

可定量检测 可同时绘制多种因子的标准曲线，故可定量检测生物标记物，但一般飞行质谱不用于定量分析。

代替和互补传统检测方法 抗体芯片可替代 Western Blot；定量抗体芯片可代替 ELISA 定量检测；抗体芯片互补流式细胞仪

不足的功能，如将细胞溶解，可测定细胞内的抗原，而且灵敏度远高于流式细胞仪。

性价比高 利用定量芯片一次性检测大量目标因子，平均定量每个因子所需的价钱远比 ELISA 便宜；且含有

ELISA 方法不能提供的各类结果图，可提高文章的质量。

65

蛋白质芯片检测

高通量芯片数据处理

1. 芯片数据的归一化

芯片设计几个控制点用于芯片间的归一化：

Positive control：阳性控制点是生物素化的蛋白，可用于归一化链霉亲和素孵育步骤，如果不同芯片上的阳性控制点非常

相似，用其来做归一化是非常简单及有效的方法；

Negative control：阴性对照蛋白是 BSA，一般来说，阴性对照会有一个背景值，样品信号可扣除芯片背景得到真实值。

2. 芯片信号差异对比

芯片上各因子的信号值，建议大于（Mean background+2SD）的信号值为可信值；选取可信值进行数据分析及对比，样

品之间细胞因子信号比值≥ 2 倍或者≤ 0.5 倍，可视为有差异因子，也可根据实验要求设置其他阈值；当样品量足够大时，

可选择显著性差异分析及其他判别分析、网络分析、聚类分析等。

3. 可提供的技术服务数据分析

火山图、主成分分析图（PCA）、热图、功能富集图等。

⽕⼭图

功能富集图

热图

主成分分析图（PCA)

66

多因子检测样本制备

1. 适用于多因子检测的样品

血清、血浆、细胞培养上清、细胞裂解液、组织裂解液。

除了常见样品外，尿液、眼泪、唾液、痰、脑脊液、前列腺液、腹腔液、奶水、初乳、支气管肺泡灌洗液、脓肿液、中耳液、

血小板释放物、骨头裂解液、精浆液、卵泡液、囊泡液等也都可以作为检测样本来源。

2. 样品的收集

血清

收集全血至普通离心管或者采血管（不含抗凝剂），室温放置 30~45 min，以 3,000~5,000 rpm/min 离心 10 min，取上

清检测或者冻存（-80℃）。

血浆

收集全血至含有抗凝剂（EDTA、肝素钠、或者枸橼酸钠）等真空采血管，以 3,000~5,000 rpm/mL 离心 10 min，取上清

检测或者冻存（-80℃）。

Luminex 血浆样本通常使用 EDTA 抗凝管进行血浆收集。

尿液

收集不添加稳定剂的尿液样本，高速离心样本（如 10,000 g 离心 1 min 或 5,000 g 离心 2 min），取上清分装，利用干冰

或液氮速冻，储存于 -80℃备用。

细胞上清（条件培养基）

血清中含有部分细胞因子，所以建议制备无血清或低血清条件培养基。例如，于培养皿或培养板中加入完全培养基，接种

细胞 ; 细胞贴壁后，加入含药物的 6~8 mL 无血清或低血清（低于 2% 胎牛血清）培养基作用细胞；待药物作用时间点到达时，

确保细胞融合度达到 90% 以上，收集培养上清于 15 mL 离心管中，2,000 rpm、4℃离心 10 min，收集上清，分装于 1.5

mL EP 管，储存于 -80℃中。

细胞裂解液

待药物作用时间点到达时，确保细胞融合度达到 90% 以上（数量约为 106

~108

），将上清吸掉，用 PBS（4℃）清洗 2 次

细胞，加入 150~200 μL 细胞裂解液，快速将细胞从培养板刮下，收集细胞裂解液，加入微量离心管中，冰浴 30 min，

期间每 10 min 使用涡旋器涡旋 30 s。或者吸弃上清，用 PBS 洗涤细胞 2 次后，加入 PBS 刮落细胞，收集于离心管中，

2,000~3,000 rpm 4℃离心 10 min，弃上清。加入 100~150 μL 细胞裂解液，冰浴 30 min，期间每 10 min 使用涡旋器涡

旋 30 s。14,000 rpm 4℃离心混合液 10 min，吸取清澈上清于干净的离心管中。建议裂解蛋白浓度至少 2 mg/mL 以上，

上样时稀释倍数约 5~10 倍，上样浓度建议为 500 μg/mL。

组织裂解液

将组织切成小块，转移至 2 mL 离心管，建议 100 mg 组织加入 500 μL 裂解液，使用匀浆机将组织打碎，冰浴 14,000 rpm

4℃离心混合液 15~20 min，将清澈上清转入干净的离心管中。 建议裂解蛋白浓度至少 2 mg/mL 以上，上样时稀释倍数约

5~10 倍，上样浓度建议为 500 μg/mL。

多因子检测样本制备

多因子检测技术比较

技术 种属 灵敏度 适用性 通量 多重性 上样量

Luminex 人、NHP、小鼠、大鼠、猫、

犬、猪、马 0.5 pg/mL 样本数多 96 ≤ 100 50 μL

Olink 人、小鼠 1 fg/ml 样本较多 96 96/384/1636/3072 50 μL

芯片

人、NHP、小鼠、大鼠、猫、

犬、猪、马、牛、羊、兔、鸡、

海豚

1-10 pg/mL 样本数少 2/4/8/22/50 10- 数千 视芯片定

67

质谱流式技术

质谱流式技术

荧光流式（左）与质谱流式（右）检测信号示意图

产品介绍

传统的流式细胞检测技术，又称为多色荧光流式，是一项基于荧光标签和荧光发射光谱检测的综合性技术，可用于细胞的

分选和分型。但是荧光基团的发射光谱一般较宽，多参数检测时，不同的荧光光谱容易发生相互干扰和重叠，这会导致两

方面的问题：

检测通道的数量受限，一般不超过 20 个；

信号强度不同，且容易串色，导致了复杂的实验设计和荧光补偿。

质谱流式细胞技术（Mass Cytometry）恰能很好地解决这一难题。与荧光流式细胞技术相比，质谱流式细胞技术主要有两

点不同：

抗体标记系统不同。质谱流式细胞技术使用重金属同位素作为标记物。重金属同位素在细胞中含量极低，且与细胞的非特

异性结合少，检测背景低。目前已开发的重金属同位素超过 50 种，无论是数量还是质量均较荧光素具有更多优势。

检测系统不同。质谱流式利用飞行时间质谱（TOF）作为检测手段，具有检出限低、动态线性范围广（ng/L~mg/L）、干扰少、

分析精密度高等优点，可以同时测定多种元素，并且同一样品不同时间检测结果间的变异系数值小于 3%。

质谱流式细胞技术是可以在单细胞层面对样本进行更多参数检测的流式技术，对细胞的研究更具有深度和广度，是流式细

胞技术一个新的发展方向。它能够实现更为精确全面的免疫分型及细胞内信号网络分析，在外部感染、自身免疫、肿瘤研

究等领域有着广泛的应用前景。

68

质谱流式技术

如图所示， 样本进行抗体标记后，通过上样系统进行上机检测。在仪器内，单个细胞被逐个送入等离子炬中进行等离子

化，使标签金属离子释放出来。在此过程中，每个细胞会形成一个独立的等离子云。随后等离子云会被逐一的送入飞行时

间检测室 （time-of-flight chamber）中进行检测。检测器会精确记录各种离子到达的时间，根据这些结果可以计算出每

个细胞中各种标签同位素的精确含量。随后，这些单细胞的质谱数据被转化为标准 FCS 流式文件，可以使用 FlowJo、FCS

Express、Cytobank 或者其他流式分析软件进行后续分析。

质谱流式原理

工作原理

质谱流式细胞技术的核心就是两种实验平台的完美融合：流式细胞技术与质谱技术。既继承了传统流式细胞仪的高速分析

的特点，又具有质谱检测的高分辨能力。

通道数

质谱流式的检测通道数量扩展到 135 个，可检测范围在 70~209 amu，可以满足对生物样本全面分析的要求，也为未来新

标签的加入做好了准备。

金属标签

质谱流式采用非放射性的稳定重金属同位素做为抗体标签，达到同时测量单细胞中多个靶点的目标。高纯度金属同位素确

保了最低的背景以及最小的信号重叠。

质谱流式标签原子质量谱

69

质谱流式技术

分辨率

采用飞行时间质谱（TOF）技术，具有极高的信号分辨能力，可以将各个同位素标签的信号完全分开，最大限度减少“串色”

的发生。

样本混样

使用基于钯元素（Pd）的 Barcoding 技术或 CD45（限于免疫细胞）技术，可以将不同样本合在一起染色、检测。在降低

实验批次效应的同时，也提高了实验通量，能够更加精确、高效地分析各个实验变量。

数据分析

质谱流式细胞仪通道数量的激增带来信息量的成倍增长。传统的流式分析方法已经不能完全满足需要，所以需要对数据进

行各种降维处理，提取出其中有用的生物学信息。常用的分析方法有：SPADE、PCA、viSNE 等。

质谱流式解决的问题

组织内细胞异质性是质谱流式技术及其他单细胞水平技术首要解决的问题。为了更为细致和准确地刻画细胞间的异质性并

得出令人信服的结果，研究人员需要尽可能多地从单细胞水平上获取各种信息。

应用方向

Biomarker

筛选 疾病分型 细胞异质性 免疫图谱 肿瘤微环境 自身免疫

分析内容

标准分析 高级分析

基本数据统计 细胞亚群定义

蛋白表达定量 SPADE 分型

t-SNE 降维聚类 细胞发育轨迹

差异蛋白聚类热图 PCA 细胞相关性分析

蛋白表达密度图 手动亚群分型

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质谱流式技术

t-SNE 降维聚类分析

数据过滤与⼿动圈⻔ PCA 图

蛋⽩表达分布图 蛋⽩表达聚类热图

组间细胞分布密度图 组间亚群差异图

各样本亚群占比图

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成果展示

成果展示

诺禾致源质谱检测平台合作文章精选：

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成果展示

合作文章列表（部分）

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